植物的返老还童？发现操控叶片老化的分子开关

植物的返老还童？发现操控叶片老化的分子开关

2025年11月02日 00:43

1. 发现了什么

2025年10月，发表在《Nature Plants》上的一篇论文提供了决定性证据，表明长链非编码RNA（lncRNA）推动了叶子从“年轻”到“衰老”的转折点。新识别的lncRNA CHLORELLA 是在细胞核中产生→移动到细胞质→到达叶绿体，并结合到叶绿体的PEP（plastid-encoded RNA polymerase）复合体上，调节光合作用相关基因的转录活性。在表达量高时，叶绿体保持“工作模式”，而当表达量下降时，则切换到“衰老模式”。dx.doi.org


Phys.org的解说将研究的要点整理给大众，并强调CHLORELLA是控制“叶子老化启动时间”的分子开关。Phys.org


2. 背景：叶绿体从“工厂”到“资源源”

叶子在生长期通过光合作用产生能量，随着老化的开始，叶绿体的组成成分本身转化为种子、茎和根的再分配营养。这是植物生存策略的关键，但这种切换的命令来自何处长期以来是个谜。本次研究在展示lncRNA作为**核→叶绿体的“顺行（anterograde）信号”**的实质方面具有突破性。Phys.org


3. 如何得知：跨学科方法

研究团队以拟南芥为模型，通过遗传学筛选提取与叶绿体功能相关的lincRNA群，并通过单分子成像追踪RNA的移动，利用质谱分析识别相互作用蛋白。结果表明，CHLORELLA与PEP复合体结合，直接参与叶绿体内的转录调控。Phys.org


4. 谁在按下开关？——GLK转录因子

GLK（GOLDEN2-LIKE）是已知的调控光合作用装置表达的“叶绿体管家”转录因子。本次研究表明，GLK在上游驱动CHLORELLA的表达，在生长期高表达以维持光合作用，随着老化开始，GLK活性下降，CHLORELLA减少，叶绿体进入“下班模式”。GLK在作物改良中的潜力已在先前的评论中指出，该路径可能成为高可行性的目标。dx.doi.org


5. 能实现什么：应用的范围

  • 产量和质量的提高：如果能够在成熟期前保持光合作用能力（即所谓的“stay-green”性），则有望增加谷物和蔬菜的同化产物。CHLORELLA和GLK的组织和时间特异性控制可以成为避免过度“青立”同时最大化产量的选择。dx.doi.org

  • 环境耐受性的设计：老化与压力密切相关。通过调节lncRNA介导的叶绿体功能转换，有可能在干旱或氮限制条件下实现适时的资源再分配。dx.doi.org

  • 与基础数据的整合：与叶老化相关的lncRNA群在过去的研究中也被概览过（在拟南芥中有数百种），这是重新评估CHLORELLA作为网络枢纽的好机会。Frontiers


6. 注意事项和局限

  • 模型植物偏见：目前的主要材料是拟南芥。在作物种中是否保留相同的路径，以及表达调节的副作用是否存在，需要验证。dx.doi.org

  • 产量权衡：老化延迟与成熟延迟密切相关。成熟、病害抗性、倒伏等整体设计不可或缺。评论中也讨论了GLK改造的可能性，同时也讨论了过度光合作用装置活性的风险。nph.onlinelibrary.wiley.com


7. SNS的反应摘要（10/10–11/1发布后）

 


  • Nature Plants官方宣布了信件的发布。**“核→叶绿体的lncRNA基础顺行信号”**这一关键词在社区中传播开来。X (formerly Twitter)

  • 韩国媒体的英文报道（Chosun Biz, Dong-A Science等）相继介绍，并指出“K-Plant Science”的存在感。biz.chosun.com

  • 研究者社区中，“lncRNA结合PEP复合体”的机制引起了关注，并出现了“作物应用的关键在于GLK和启动子的时间控制”等谨慎而积极的评论（在ResearchGate和学会系SNS上分享）。ResearchGate

※主要SNS上并没有具体的数值性热潮（大规模趋势），而是以植物生理和基因组学领域的专业账户为中心展开讨论。引用来源基于官方帖子和报道、学术SNS上的分享。X (formerly Twitter)


8. 接下来的研究

  1. 时空控制：CHLORELLA表达的时间和组织特异性控制（启动子工程、可切换的CRISPRa）。

  2. 在作物种中的验证：水稻、玉米、番茄等的老化时间序列转录组和表型分析。

  3. 育种和生物设计：将GLK–CHLORELLA–PEP轴与现有的stay-green基因和激素路径结合的多基因设计。dx.doi.org

研究的关键点（项目符号）

  • 发现：在细胞核中产生的lncRNA CHLORELLA 移动到叶绿体，并作用于PEP复合体以控制光合作用基因。dx.doi.org

  • 控制系统：上游的GLK维持CHLORELLA的表达，功能下降时叶绿体进入老化模式。dx.doi.org

  • 意义：证明了RNA参与顺行信号的机制。期待应用于作物的光合作用期间延长和产量优化。dx.doi.org

  • 一次和二次信息：Nature Plants（2025年10月10日），Phys.org（10月31日）。dx.doi.org

参考（出处）

  • Phys.org “Molecular 'switch' that controls aging of plant

← 返回文章列表